4.2.Физико-механические свойства серебра.

Серебро – металл белого блестящего цвета, мягкий и пластичный, хорошо поддается обработке давлением. Имеет ГЦК решетку, плотность при 20°С составляет 10,49 г/см³, температура плавления около 961°С.

Серебро очень хорошо полируется, имеет наивысшую отражательную способность, оно отражает 94 % световых лучей, является самым электро- и теплопроводным металлом.

Серебро прекрасно деформируется как в холодном, так и в горячем состоянии. Оно легко прокатывается в тончайшие листы до 0,00025 мм и вытягивается в очень тонкую проволоку. Из него можно изготовить фольгу толщиной 2,5 мкм. Свет, проходящий через фольгу, приобретает голубовато-зеленый оттенок.

При холодной деформации чистое серебро и его сплавы подвержены деформационному упрочнению. Область наибольшей пластичности и наименьшей прочности литого и горячедеформированного серебра находится в интервале температур 680-800°С. Минимальное значение пластичности у литого серебра – в интервале 600-650°С, пластичность серебра после горячего прессования значительно выше, чем литого.

Механические свойства отожженного серебра при 20°С составляют:

• предел прочности при растяжении σ_в = 140-180 МПа,

• предел текучести σ_т = 10,3-53,5 МПа,

• твердость по Бринеллю НВ=245-250 МПа.

У литого серебра при температуре 20°С предел прочности при растяжении равняет-ся 106 МПа. Серебро тверже золота, но мягче меди. Вследствие мягкости чистое серебро употребляется в виде сплава с медью (табл. 1), а в древности также и в виде природного сплава с золотом – электрума.

Таблица 1. Химический состав серебра (ГОСТ 6836 – 2002).

Марка	Химический состав, % по массе
	Ag, не более	Примеси, не более
		Pb	Fe	Sb	Bi	Cu	Всего
Ср 99,99	99,99	0,003	0,004	0,001	0,002	0,008	0,01
Ср 99,9	99,90	0,003	0,035	0,002	0,002	0,015	0,10

Благодаря своим уникальным свойствам – высокой электропроводности и тепло-проводности, отражательной способности, светочувствительности – серебро имеет очень широкий диапазон применения. Растворяясь в золотом сплаве, серебро придает ему плас-тичность, блеск и облегчает пайку, однако изменяет цвет сплава.

4.3.Легирующие элементы и примеси в сплавах серебра.

Медь. С повышением содержания меди до 28 % твердость и прочность сплавов Ag–Cu повышается, а пластичность падает. Цвет серебра с увеличением содержания меди становится все более желтоватым. Сплав серебра с 50 % меди становится красноватым, а с 70 % меди имеет красный цвет.

При добавке в сплав Ag–Cu других металлов он становится трех- или многокомпо-нентным, что может существенно изменить его свойства: сделать более разносторонним в применении или, наоборот, совершенно непригодным для использования.

Золото. Сплавы Ag–Au обладают высокими литейными свойствами и стойкостью к окислению. Относительное удлинение сплавов Ag–Au составляет 40-45 %, что позволяет расковывать или прокатывать сплавы в фольгу толщиной 1-1,25·10 ^-4 мм.

Никель. В сплавах серебра, применяемых в производстве ювелирных изделий, при содержании никеля до 1% замедляется рост зерна, и тем самым улучшаются их механические свойства. С увеличением содержание никеля до 2,5 % ухудшается обрабатываемость сплава. При еще большем содержании никеля он не растворяется в сплаве и становится вредной примесью.

Железо всегда является нежелательной примесью в сплавах серебра. Железо присутствует в сплавах в виде чужеродных частиц, ухудшающих обрабатываемость. Кроме того, железо взаимодействует с материалом тигля, частицами угля, наждаком, солями, используемыми при плавке, и образует твердые и хрупкие соединения. Попадая на поверхность слитка или изделия, эти соединения при шлифовке вырываются из металла и оставляют на поверхности изделия характерные вытянутые следы. В связи с этим при переплавке отходов в виде опилок или стружки необходимо сначала удалить из них магнитом частицы железа.

Свинец. Сплавы серебра, содержащие свинец, становятся при нагреве хрупкими, так как свинец и серебро при температуре 304°С образуют эвтектику, которая располагается по границам зерен, что делает сплав красноломким. Свинец может попасть в обрабатываемую заготовку из мягкого припоя или из подкладок, используемых для глубокой чеканки. Перед операциями нагрева или переплавки свинец необходимо удалить. Содержание Pb в сплавах серебра не должно превышать 0,005 % (!).

Олово. Даже небольшая добавка олова снижает температуру сплава, однако при этом

сплав получается более тусклым, мягким и пластичным, чем сплав Ag–Cu. При повышенном содержании олова в сплаве образуются интерметаллические соединения с медью Cu₄Sn, а также оксид олова SnO₂, которые делают сплав хрупким.

Алюминий. При содержании до 4-5 % алюминий не влияет на структуру сплава, при более высоком содержании делает сплав хрупким, т.к. при этом образуется хрупкое соединение Ag₃Al. При отжиге и плавке образуется также соединение Al₂O₃, которое, располагаясь по границам зерен, делает сплав хрупким и ломким.

Цинк. Несмотря на то, что в твердом состоянии серебро растворяет в себе до 20 % цинка, содержание его в серебре не должно превышать 14 %. В этом случае сплавы не тускнеют на воздухе, хорошо полируются и имеют высокую пластичность.

Кадмий. Сплавы с кадмием пластичны и устойчивы против коррозии на воздухе, не тускнеют и хорошо обрабатываются. Предел растворимости кадмия в серебре составляет около 30 %.

Цинк и кадмий являются важнейшими легирующими компонентами при получении припоев, хотя прочность таких припоев не отвечает в полной мере требованиям практики. Сплавы имеют низкую температуру плавления, но широкую область кристаллизации, паяный шов обладает низкими механическими свойствами, что обусловливает ограниченное применение припоев на основе этой системы.

Сплавы системы Ag–Cu–Cd. Медь с кадмием образуют хрупкое химическое соединение Cu₂Cd. Однако при достаточном количестве серебра в сплаве кадмий растворяется в серебре. Такой сплав тягуч, пластичен и весьма устойчив к потускнению. Серебряно-медные сплавы с небольшими добавками кадмия особенно хорошо подходят для глубокой вытяжки и чеканки.

Сплавы системы Ag–Cu–Zn устойчивы к потускнению на воздухе, имеют хорошую пластичность и обрабатываемость. Сплавы этой системы могут служить припоями. При изготовлении припоя базовой системой является эвтектический состав сплава Ag–Cu, добавками цинка понижают температуру плавления. Разность температур плавления основного металла и припоя должна быть не менее 50°С.

Если цинка добавить в сплав больше, чем могут растворить его серебро и медь (медь может растворить до 40 % Zn), то при использовании этого сплава в качестве припоя избыточное количество цинка будет переходить из припоя в основной металл.

В серебряно-медные сплавы для увеличения жидкотекучести в расплав перед разливкой добавляют цинк в количестве нескольких десятых процента.

Четырехкомпонентные сплавы Ag–Cu–Zn–Cd используются для приготовления припоев с низкими температурами плавления. Низкие рабочие температуры этих припоев

получаются за счет образования цинком и кадмием легкоплавкой эвтектики.

Кремний в серебре не растворяется, и при содержании его в сплаве 4,5 % образуется эвтектика с температурой плавления 830°С. Располагаясь по границам зерен, эти эвтектические выделения значительно снижают пластичность сплава и в большинстве случаев делают сплав полностью непригодным к обработке пластической деформацией. В сплав кремний может попасть из кварца, который служит материалом для изготовления тиглей (!).

Сера образует с серебром и медью твердые соединения Ag₂S и Cu₂S, которые могут распо-лагаться как по границам зерен, так и внутри них. Для появления хрупкости сплава доста-точно присутствия в нем 0,05 % S. Серу содержит древесный уголь, под слоем которого производится отжиг, горючие материалы, газы, травители и т. д. Присутствие в сплаве се-ры или сернистых соединений приводит к его потемнению вследствие образования суль-фида серебра.

Фосфор. Сплавы серебра перед разливкой раскисляют в большинстве случаев фосфористой медью, содержащей от 10 до 15 % фосфора. Фосфор реагирует с окислами сплава и образует газообразное соединение, которое улетучивается или реагирует с другими частицами окислов меди, образуя шлаковые соединения метафосфата меди. Фосфористая медь добавляется, как правило, в избытке, так как содержание окислов в металле неизвестно и фосфор попадает в металл. Незначительных следов фосфора достаточно для того, чтобы образовывались хрупкие интерметаллические соединения AgP₂ или CuP, которые в виде эвтектики располагаются по границам зерен. Сплавы становятся хрупкими, быстро тускнеют, на них плохо ложатся гальванические покрытия.